ISO 23936-2:2011
(Main)Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production — Part 2: Elastomers
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production — Part 2: Elastomers
ISO 23936 describes general principles and gives requirements and recommendations for the selection and qualification of non-metallic materials for service in equipment used in oil and gas production environments, where the failure of such equipment could pose a risk to the health and safety of the public and personnel, or to the environment. It can be applied to help avoid failures of the equipment itself. It supplements, but does not replace, the material requirements given in the appropriate design codes, standards or regulations. ISO 23936-2:2011 describes the requirements and procedures for qualification of elastomeric material used in equipment for oil and gas production.
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production de pétrole et de gaz — Partie 2: Élastomères
L'ISO 23936 décrit des principes généraux et spécifie des exigences et des recommandations concernant la sélection et la qualification des matériaux non métalliques pour des équipements utilisés en production de pétrole et de gaz, lorsque la rupture d'un tel équipement pourrait présenter un risque pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Elle peut également contribuer à éviter des défaillances des équipements eux-mêmes. Elle complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences concernant les matériaux dans les codes de conception, normes ou réglementations appropriés. L'ISO 23936-2:2011 décrit les exigences et les modes opératoires de qualification des matériaux élastomères utilisés dans les équipements de production de pétrole et de gaz.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23936-2
First edition
2011-12-15
Petroleum, petrochemical and natural gas
industries — Non-metallic materials in
contact with media related to oil and gas
production —
Part 2:
Elastomers
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux
non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production de
pétrole et de gaz —
Partie 2: Élastomères
Reference number
©
ISO 2011
© ISO 2011
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Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and abbreviated terms . 2
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Abbreviated terms . 4
4 Technical requirements . 4
5 Documentation requirements . 5
6 Requirements for manufacturers . 6
6.1 General requirements . 6
6.2 Validation of compliance . 7
7 Qualification of elastomer materials (ageing and RGD) . 8
7.1 General . 8
7.2 Requirements for ageing tests . 8
7.3 Requirements for rapid gas decompression testing . 9
8 Qualification of elastomeric materials in bonded flexible hose . 9
8.1 General . 9
8.2 Qualification of bonded flexible hose liner material . 10
8.3 Qualification of bonded flexible hose – Layers outside the liner . 14
9 Qualification of elastomeric materials in other large components . 15
9.1 General . 15
9.2 Qualification of elastomeric materials in flexible joints . 15
9.3 Qualification of elastomeric materials in blow-out preventers . 15
9.4 Qualification of elastomeric materials for packers . 16
Annex A (normative) Test media, conditions, equipment and procedures for ageing of
elastomeric materials . 17
Annex B (normative) Test media, conditions, equipment and procedures for rapid gas
decompression testing of elastomeric materials . 26
Annex C (informative) Most commonly used elastomeric materials . 40
Annex D (normative) Procedure for estimation of material service life using the Arrhenius
relationship . 42
Annex E (informative) Physical and chemical ageing . 47
Annex F (informative) Rapid gas decompression (RGD) . 62
Bibliography . 66
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 23936-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries.
ISO 23936 consists of the following parts, under the general title Petroleum, petrochemical and natural gas
industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production:
Part 1: Thermoplastics
Part 2: Elastomers
The following parts are planned:
Part 3: Thermosets
Part 4: Fibre-reinforced composite
Part 5: Other non-metallic materials
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Introduction
ISO 23936 is intended to be of benefit to a broad industry group, ranging from operators and suppliers to
engineering companies and authorities. ISO 23936 covers relevant generic types of non-metallic material
(thermoplastics, elastomers, thermosetting plastics, fibre-reinforced plastics, etc.) and draws upon a wide
range of existing technical experience, which has never before been summarized in a technical standard.
ISO 23936 does not cover polymeric coatings such as thermal insulation and paint that are applied to the
outside of components but that are not in contact with oilfield fluids.
The evaluation and qualification process described in this part of ISO 23936 is intended to ensure that the
user of non-metallic materials has sufficient understanding and knowledge of the applicable materials to
obtain acceptable performance in the specified environment, and that the user can rely on stable quality to
meet given specifications. A quality system is useful to ensure compliance with the requirements of this part of
ISO 23936.
Successful qualification of a manufacturer and a specific material is intended to be valid for other projects and
different operators. The consideration of qualification of a manufacturer is at the discretion and determination
of the purchaser, normally on the basis of documentation provided by the manufacturer, as required in this
part of ISO 23936 or any specific additional documentation.
The purchaser is responsible for ensuring (if necessary, with external competence) that the manufacturers
selected are qualified.
This part of ISO 23936 is based on NORSOK standard M-710.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 23936-2:2011(E)
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-
metallic materials in contact with media related to oil and gas
production —
Part 2:
Elastomers
1 Scope
ISO 23936 describes general principles and gives requirements and recommendations for the selection and
qualification of non-metallic materials for service in equipment used in oil and gas production environments,
where the failure of such equipment could pose a risk to the health and safety of the public and personnel, or
to the environment. It can be applied to help avoid failures of the equipment itself. It supplements, but does
not replace, the material requirements given in the appropriate design codes, standards or regulations.
This part of ISO 23936 describes the requirements and procedures for qualification of elastomeric material
used in equipment for oil and gas production.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 34-1:2010, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tear strength — Part 1: Trouser,
angle and crescent test pieces
ISO 37, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tensile stress-strain properties
ISO 48, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of hardness (hardness between 10 IRHD and
100 IRHD)
ISO 815-1, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of compression set — Part 1: At ambient or
elevated temperatures
ISO 2781, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of density
ISO 2921, Rubber, vulcanized — Determination of low-temperature retraction (TR test)
ISO 3601-3:2005, Fluid power systems — O-rings — Part 3: Quality acceptance criteria
ISO 7619-1, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of indentation hardness — Part 1:
Durometer method (Shore hardness)
ISO 13628-10:2005, Petroleum and natural gas industries — Design and operation of subsea production
systems — Part 10: Specification for bonded flexible pipe
ASTM D297, Standard Test Methods for Rubber Products — Chemical Analysis
ASTM D395, Standard Test Methods for Rubber Property — Compression Set
ASTM D412, Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension
ASTM D624, Standard Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic
Elastomers
ASTM D1414, Standard Test Methods for Rubber O-Rings
ASTM D1415, Standard Test Method for Rubber Property — International Hardness
ASTM D2240, Standard Test Method for Rubber Property — Durometer Hardness
API 17K, Specification for Bonded Flexible Pipe
3 Terms, definitions and abbreviated terms
For the purposes of this document, the following terms, definitions and abbreviated terms apply.
3.1 Terms and definitions
3.1.1
accelerated test
test undertaken under conditions designed to speed material deterioration
NOTE This is usually accomplished by increasing temperature, in order to raise chemical reaction rates, but fluid
concentration and stress are variables which can also be manipulated.
3.1.2
asset operator
person who operates an asset, who has knowledge of well parameters and who transmits this information to
the user (3.1.15)
NOTE 1 An asset can be a well, a production train, a plant, etc.
NOTE 2 Well parameters can be fluid exposure, temperatures, pressures, duration, etc.
3.1.3
compression set
difference between the original sample height and the post-test height, divided by the interference, expressed
as a percentage
3.1.4
elastomer
rubber
amorphous material mechanically mixed with other constituents to form a rubber compound, which is then
shaped by flow into articles by means of the manufacturing processes of moulding or extrusion, and then
(invariably) chemically cured at elevated temperature to form an elastic insoluble material
3.1.5
fluid
medium such as a gas, liquid, supercritical gas, or a mixture of these
2 © ISO 2011 – All rights reserved
3.1.6
interference
difference between the original sample height and the height of spacer bar, each measured in the same
direction as the direction of compression
3.1.7
compound manufacturer
manufacturer
producer of the elastomer material or of semi-finished products made from elastomer materials
3.1.8
modulus
tensile stress at a given elongation
NOTE In the rubber industry, the modulus at 50 % elongation is often chosen.
3.1.9
polymer
high molecular weight molecule, natural or synthetic, whose chemical structure can be represented by
repeated small units which collectively form molecular chains
NOTE This material class has three main sub-groups: elastomers, thermoplastics and thermosets.
3.1.10
rapid gas decompression
RGD
depressurization
explosive decompression
rapid pressure-drop in a high pressure gas-containing system which disrupts the equilibrium between external
gas pressure and the concentration of gas dissolved inside any polymer, with the result that excess gas tries
to escape from the solution at points throughout the material, causing expansion
NOTE If large enough, and if the pressure-drop rate is faster than the natural gas diffusion rate, blistering or rupturing
can occur.
3.1.11
room temperature
temperature of (23 2) °C
3.1.12
seal cross-section
cross-section diameter
CSD
free height of a seal at room temperature, measured normal to seal diameter in the direction of compression in
the test
NOTE The measurement is taken at three circumferentially equidistributed positions.
3.1.13
seal type
seal design of specified geometry, size and orientation
EXAMPLE An O-ring.
3.1.14
thermoplastic
material capable of being repeatedly softened by heating and hardened by cooling through a temperature
range characteristic of the plastic and, in the softened state, of being repeatedly shaped by flow into articles
by moulding, extrusion or forming
3.1.15
user
person responsible for the selection of suitable materials for a service operation based on information
received from the asset operator (3.1.2)
3.1.16
purchaser
party responsible for procuring the elastomer material or component
3.2 Abbreviated terms
BOP blow-out preventer
BRE base resistant elastomers
COC certificate of conformance
CSD cross-section diameter
DMA dynamic mechanical analysis
DMTA dynamic mechanical thermal analysis
DSC differential scanning calorimetry
GMPHOM Guide to Manufacturing and Purchasing Hoses for Offshore Moorings
HNBR hydrogenated nitrile butadiene rubber
HP high pressure
LNG liquefied natural gas
NBR nitrile butadiene rubber
OCIMF Oil Companies International Marine Forum
PBR polished bore receptacle
RGD rapid gas decompression (rapid gas depressurization)
SPS solubility parameter spectroscopy
TMA thermo mechanical analysis
4 Technical requirements
Technical requirements depend on material property characteristics and specific functional tests for an
application.
Elastomer selection shall be based on evaluation of compatibility with service environment, functionality under
service and the design lifetime. This part of ISO 23936 covers materials tests and not functional tests. The
following should be considered as appropriate to the component requirements and evaluated when selecting
the material:
4 © ISO 2011 – All rights reserved
a) adequate physical and mechanical properties (density, hardness, tensile strength, elongation at break,
modulus of elasticity, compression set, tear strength, etc.); standard properties from which design
specifications are selected and for quality assurance and control aspects;
b) resistance against RGD events; a property of importance in high pressure gas sealing applications,
covered in depth in this part of ISO 23936;
c) long-term behaviour; resistance to chemical/physical change of the material; an important characteristic
regarding sealing generally in the oil and gas sector, covered in this part of ISO 23936;
d) low temperature flexibility; a property highly relevant to low temperature sealing applications;
e) for large components exposed to gaseous production fluid, high pressure gas permeation; a property
highly relevant to possible gas pressure build-up within the component structure, e.g. for hoses;
f) resistance to high pressure extrusion or creep (functional tests not covered by this part of ISO 23936);
g) resistance to thermal cycling and dynamic movement (functional tests not covered by this part of
ISO 23936).
Clause 2 gives references to relevant standards for elastomeric materials. The standards describe the test
methodology for performing particular materials tests. The test conditions and durations shall be as described
in this part of ISO 23936 and shall take precedence in those cases where this part of ISO 23936 deviates from
the referenced standards.
Long term (ageing) test objectives are described in Clause 7; procedural details are given in Annex A.
RGD test objectives and procedures for elastomer O-ring seals are described in Clause 7 and Annex B.
It is the responsibility of the asset operator to provide all necessary information about service conditions and
environment.
Information on elastomer characteristics is provided in Annex C.
5 Documentation requirements
NOTE The required documentation of material properties of thermoplastic materials is described in ISO 23936-1.
Required documentation of material properties is given in Table 1. Requirements pertaining both to
documentation of properties and quality control are given. Each elastomer material used shall be traceable to
the compound manufacturer and their quality control documentation as required in Table 1. Each batch of
material shall be supplied with, as a minimum, a certificate of conformance (COC) and traceability information.
Table 1 also defines the minimum amount of production and quality control testing required during
manufacturing of the elastomer materials. The final procedures, with respect to key parameters and
tolerances, shall be defined based on results from testing performed according to this part of ISO 23936.
The user shall define the necessary requirements with tolerances in the purchase specification.
Guidelines on selection of standards are given in parentheses. Characteristics, which are not relevant for
expected service conditions and/or material type, may be omitted.
Table 1 — Required documentation for elastomer material properties
Properties Documentation Quality control tests
a c
Density (ISO 2781 or ASTM D297)
D B
Hardness (IRHD/Shore A) (ISO 48/ISO 7619-1, ASTM D2240/
D B
ASTM D1415)
Tensile and elongation properties (ISO 37, ASTM D1414, D B
ASTM D412)
Compression set (ISO 815-1, ASTM D395/ASTM D1414) D
Low temperature characteristics by DSC, DMA or TMA D
Tear strength (ISO 34-1:2010, Method A, ASTM D624) D
Temperature of retraction (ISO 2921) D
Ageing/RGD characteristics (Annexes A/B) D
b
High pressure gas permeation
DH
a
D: Properties to be documented for each supplier for each type of material. Nominal values with tolerances shall be
given (Data Sheet).
b
DH: As for D, but specifically when using all large components exposed to high pressure gas.
c
B: Properties to be documented on a batch-wise basis, minimum 5 samples per test per batch with all results presented.
The acceptance criteria shall be established prior to the test and based on qualification test results.
Material property tests may also be omitted if users have documented performance-based functional tests that
they use to approve rubber materials.
6 Requirements for manufacturers
6.1 General requirements
It is the requirement of the manufacturer to provide documents attesting that the material has been
manufactured and tested appropriately and that the material has met the relevant quality control requirements
in this part of ISO 23936.
The testing shall be performed on specimens produced from specific rubber formulations and, where possible,
production procedures. The COC should include as a minimum density, batch hardness, tensile properties
(moduli, strength, elongation at break), date of manufacture and (where referenced) the sample curing
process. The COC should be signed by a quality representative. For large rubber components, tests on small
components shall be suitable for the properties of the large component unless otherwise agreed between the
interested parties.
This part of ISO 23936 specifies the required types of tests that shall be performed in order to document the
material suitability and compatibility with test fluids specified in this part of ISO 23936 which are applicable to
the intended application.
The testing shall apply for the elastomer materials and the results shall be valid as long as the requirements
stated in 6.2 are satisfied. For later supplies of identical material from the same manufacturer, a quality control
of each batch of material shall be sufficient. Table 2 lists typical quality assurance and quality control
document templates showing imaginary data.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
Table 2 — Typical quality assurance and quality control information
Material
Manufacturer Acme Seals, Inc.
Compound grade FabFluoro
Elastomer type ASTM D1418-05 FKM Type 3
Lot/batch no. FF2344rw4r/07
Cure date Q4 2010
Typical Properties Applicable standard Unit Value
Density ISO 2781 g/cm 1,8
Hardness ISO 48 IRHD 85
Tensile strength ISO 37 MPa 21
Modulus at 50% elongation ISO 37 MPa 10,1
Modulus at 100% elongation ISO 37 MPa 18,5
Elongation at break ISO 37 % 125
It may not be necessary to perform qualification testing for a particular material, if relevant successful well-
documented in-service experience with traceable production records and quality control documentation is
available to all relevant parties. This shall be agreed between interested parties.
Such documentation shall contain detailed information about service conditions such as time, temperature,
pressure, fluid composition and chemicals added. An asset operator can, for example, provide the
documentation of flawless service. The existing service temperature recorded therein shall be in the same
range as for the new application (it shall be a maximum of 10 °C below), the existing service pressure shall
not be more than 10 % below that for the new application, and the existing service life shall be a minimum of
50 % of design life.
The manufacturer who has tested and qualified his compound(s) can make a statement making this known.
Such a statement shall define which parts of ISO 23936 are complied with. Further, the statement shall
include whether the testing was done according to Annex A and/or Annex B, and define the fluid composition,
conditions and overall duration for the testing.
6.2 Validation of compliance
The elastomer properties shall apply to each specific elastomer compound produced by each specific
manufacturer. The existing elastomer data used by one purchaser may also be accepted by subsequent
purchasers, provided the requirements in this part of ISO 23936 are still complied with.
A compound shall be re-tested if changes are made to the compound or the process. If compound mixing
and/or moulding is carried out at different plants/locations, a separate qualification shall be performed for each
plant.
NOTE All materials previously approved in accordance with NORSOK M-710 are approved in accordance with this
part of ISO 23936.
7 Qualification of elastomer materials (ageing and RGD)
7.1 General
The technical necessities for the testing of elastomeric materials are divided into two parts:
7.2 defines the chemical ageing test requirements (see Annex A);
7.3 defines the requirements for RGD testing (see Annex B).
The test regimes shall be selected based on an analysis of the service conditions applying to the material in
question, if these are known. Such an assessment shall include the nature and type of all fluids which contact
the elastomer. The service life of the seal material in the relevant service environment shall be evaluated
using appropriate techniques.
7.2 Requirements for ageing tests
7.2.1 General
This part of ISO 23936 defines test procedures for the prediction of the progressive degradation of elastomeric
materials exposed to fluids at elevated temperatures over extended periods of time. It is applicable where it is
necessary to forecast material life in a specific application and for directly comparing the performance of
candidate elastomer materials. Other standards, such as API TR6J1, also provide methods to assess life of
elastomer materials.
The objective is to assess the physical effects of the fluid on the elastomer and to thermally accelerate
chemical reaction (if this occurs) between the fluid and the elastomer, causing tensile and related property
levels to shift systematically towards a pre-defined limit of acceptability. The material is considered to have
“failed” (i.e. reached the end of its useful life) when this limit is attained. These data are then used to quantify
service life and suitability for service.
By running exposure tests with test fluids at three different elevated temperatures above the operating
temperature, three different times to reach the acceptance boundary will result, with the highest test
temperature producing the shortest “time to failure”. Plotting the log of failure times against the reciprocal of
the test temperature should result in a linear trend, enabling an estimate of service life at the operating
temperature.
For accelerated testing, the upper test temperature should be limited to give some confidence that only
service-relevant chemical and/or physical processes will occur.
The preferred test piece geometry is the tensile dumbbell; various standards apply (see Table 1). The ageing
of moulded sheet, for subsequent stamping-out of tensile test pieces, is not allowed. The elastomer shall be
tested in unconstrained mode; that is, free-standing, with fluid able to freely access all surfaces.
When extrapolating data from the present procedures, appropriate statistical techniques shall be applied. For
example, if progressive degradation is apparently dependent on a single chemical ageing process, a method
based on the Arrhenius relationship shall be used as described in Annex D. It is recommended that results
always first be assessed on an Arrhenius basis. If an Arrhenius relationship does not exist or ageing does not
occur, see Annex E for further guidance.
Test media, conditions, equipment, procedures and test report requirements are described in detail in
Annex A.
7.2.2 Acceptance criteria for elastomers
The acceptance criteria shall be established prior to commencing the ageing test. The following criteria have
been established as the maximum acceptable ranges for three particular properties; any relaxation of these
8 © ISO 2011 – All rights reserved
requirements shall be agreed upon by the user. A narrower acceptance range can be applied to any of these if
required by circumstances.
Hardness: 10/20 units (5/20 units when initial nominal hardness is 90); applies to Shore A and IRHD
scales
Volume: 25 % /5 %
Tensile: 50 % [modulus (at 50 % or 100 % elongation), tensile strength, elongation at break]
Tensile test results shall be used to extrapolate the service life according to Arrhenius equation (see
Annexes A and E). Other properties may be used by agreement between all parties.
7.3 Requirements for rapid gas decompression testing
7.3.1 General
This part of ISO 23936 gives test procedures for measuring the effect on elastomeric O-ring seals of rapid
depressurization after periods at elevated temperature and high pressure in gaseous environments. In
addition, guidance notes for interpretation of the results are provided. The supplier shall discuss with the user
those applications for which this failure mode is relevant.
The test fluids, conditions, procedure, equipment, inspection procedure and test reporting requirements are
described in Annex B.
7.3.2 Acceptance criterion
No seal cross-section shall have a rating of more than 3 (see Clause B.4).
8 Qualification of elastomeric materials in bonded flexible hose
8.1 General
Bonded flexible hose is the general class of flexible hose constructed from layers of elastomer and wire, wire
fabric or textile fabric reinforcement that are bonded together by vulcanization during manufacture. The hose
section from the internal to external diameter generally consists of the following:
liner: inner layer of elastomer providing resistance to the fluids being transported;
body layers: layers of reinforcement typically including textile fabric or parallel cords impregnated with
elastomer, parallel steel wire cords impregnated with elastomer, and embedded helical wire. Infill
elastomer layers may also be present;
cover: outer layer of elastomer providing resistance to the external environment;
insulation or buoyancy: an additional outer layer for hoses where either insulation or buoyancy is required.
The hose structure is integrated into suitable end fittings according to the specific design, usually by bonding
of the elastomer to the metal end fitting with a suitable curable adhesive system during the vulcanization of the
hose.
Bonded flexible hose usage can be generally classified into:
a) lower pressure applications that are typically used for loading and discharge of liquids and LNG in
offshore mooring situations;
b) higher pressure applications used in oil and gas production.
For a), guidance is provided in GMPHOM/OCIMF [Guide to Manufacturing and Purchasing Hoses for Offshore
Moorings (Oil Companies International Marine Forum)], including materials tests for the liner and cover
materials for materials acceptance and prototype hose approval.
For b), ISO 13628-10 specifies material property requirements and test procedures for the qualification of liner,
breaker and reinforcing layers in terms of mechanical/physical properties, thermal properties, permeation
characteristics and compatibility/ageing properties covering all pressures.
In the context of this part of ISO 23936, the main consideration is the qualification of the liner material that is in
contact with the fluids being transported. For the longer term, the effects of the permeation of fluids through
the liner to other elastomer layers should also be considered as well as ageing effects on mechanical/physical
properties. Because of the multi-layer construction of bonded hoses, not only should the properties of the
individual elastomer layers be considered, but also the adhesion between layers including the bonding with
the end fittings.
8.2 Qualification of bonded flexible hose liner material
8.2.1 General
Qualification should be according to the subclauses below, which are based on the existing guidelines
mentioned in 8.1.
8.2.2 Guide to manufacturing and purchasing hoses for offshore moorings
The procedure of GMPHOM/OCIMF should be applied or adapted as appropriate with regard to materials test
procedures. It possesses two clauses entitled Materials Tests, one under “Acceptance Tests” and one for
“Prototype Hose Approval”; the most relevant should be agreed between supplier and purchaser and
employed. Particular points are:
a) Within both clauses termed Material Tests, for resistance to liquids, GMPHOM/OCIMF specifies the use
of ISO 1817 using the conditions 48 h at 40 C in the test liquid as a volume swell test, with a requirement
of swell being no greater than 60 %.
NOTE GMPHOM/OCIMF specifies use of (ASTM) liquid C, which can still conform to this part of ISO 23936 if
liquid C is stated to be the bespoke liquid agreed between participants (see Annex A).
This part of ISO 23936 allows the same procedure for use with a standard liquid selected to be
reasonably representative of the composition of the service fluid to be transported or contained, in
accordance with Annex A. Bespoke acceptance properties will be required if alternative low temperature
requirements and/or products and/or service fluids are relevant.
b) GMPHOM/OCIMF specifies for temperature resistance “no significant deterioration” at –20 °C using the
Gehman test to ISO 1432.
c) Under “Acceptance Tests”, GMPHOM/OCIMF also specifies adhesion testing between bonded layers of
body and end-fitting elastomer using a standard peel test as described in ISO 36:2005, which specifies a
test method for measuring the force required to separate two plies of fabric bonded with rubber, or a
rubber layer and a fabric ply bonded together. The ply surfaces should be plane or nearly so, with no
gross irregularities. Supplier and user should agree a threshold force for acceptance, based on
experience.
d) If the service temperature is higher than ambient, the material test temperature should be increased
accordingly. The test conditions, test duration and acceptance criteria should be agreed between supplier
and purchaser. Consideration to the temperatures and fluids chosen should be made with consultation to
ISO 1817.
10 © ISO 2011 – All rights reserved
8.2.3 ISO 13628-10 and API 17K
ISO 13628-10 and API 17K specify property tests for liner and reinforcing layers (see Tables 9 and 11 in
API 17K:2005) and describe test procedures and acceptance criterion for fluid permeability (liquid and gas),
blistering, fluid compatibility, ageing and void formation (the last being a component test), concerning
interlayer failures. Much of ISO 13628-10 and API 17K is useful for incorporation in this part of ISO 23936, but
some variations are required.
8.2.4 Requirements for gas permeation
Gas permeation testing should be made at appropriate high pressure on a specimen from liner or other layer
material, and procedures shall vary depending on conditions and fluid type. Test gases shall be in accordance
with Tables A.2 and A.3, using the bespoke category for testing single gases.
For high pressure (HP) gas permeation testing of an elastomer material, a test assembly pressure cell with the
following features is required.
a) A chamber which can be pressurized to high pressure by a gas supply. This will be separated from a low
pressure chamber by a suitably sealed elastomer test piece. Facilities for continuous monitoring of the
pressures in the high and low pressure chambers are required.
b) Heating (insulated band heater) facilities and temperature monitoring and control of the permeation cell to
within 2 °C.
Test times are governed by diffusion characteristics of candidate elastomers (see Annex E). In one test
arrangement, test pieces of test elastomer of diameter 10 mm are bonded during vulcanization into a suitable
holder. Moulding pressure shall be high to minimize porosity and microporosity. The test specimen holder is
installed and sealed in the HP permeation cell. A porous steel sinter necessary for supporting the specimen is
inserted appropriately. The cell is then heated to test temperature and allowed to equilibrate before applying
test gas to the specimen and pressurizing. As a minimum, the following test conditions shall apply:
high pressure (P ): hose design pressure, may be used if pipe design pressure is not known;
temperature (T): service, or three higher temperatures for three accelerated tests followed by Arrhenius-
extrapolation of the three resulting data points to service (see Annex D).
The pressure increase due to permeation in the low pressure chamber with time may be converted to the rate
of gas permeation (cm /s at standard temperature and pressure), assuming the gas to be ideal, by
Equation (1):
273V
dq P
lp
(1)
dtt T
lp
where
V is the volume of the low pressure chamber;
lp
T is the temperature (ambient) of the low pressure chamber.
lp
P is expressed in atmospheres.
The permeation coefficient Q can be obtained from the gradient, at steady state conditions, of the permeated
gas pressure versus time plot using Equation (2) (see also Annex E):
PP
q
QA (2)
t
h
where
h is the specimen thickness;
P is the pressure in the high pressure chamber;
P is normally zero unless stipulated otherwise.
The initial transient stage of the test can be used to provide an estimate of the diffusion coefficient D, as
shown in Equation (3):
h
D (3)
6
where time-lag is the value of time where the back-extrapolated steady state line intersects the time axis.
The solubility coefficient s is then determined from Equation (4):
QDs (4)
The concentration c of a single gas absorbed into the polymer surface may be calculated from Equation (5):
csP (5)
2 2
The measured criteria are the permeation coefficient Q in cm /s/atm, the diffusion coefficient D in cm /s, the
–1 3 3
solubility coefficient (s) in atm , and the dimensionless (i.e. cm gas/cm elastomer) concentration c applying
at the high pressure face. For a lining material contacting an essentially impermeable layer (e.g. external steel
piping), c will eventually be achieved (or nearly so) throughout. For a series of accelerated tests, these
coefficients can be used for Arrhenius extrapolations (see Annex E). Q values can be used to predict
permeation rates through hose liners (see Annex E). D can be used for rough estimates (root mean squares)
of migration distance within the material after time t, using (2Dt)½. Experience suggests that breakthrough
time can reasonably be taken as ½().
For mixed gases – yielding apparent coefficients only by the above procedures – any following estimates
should be for guidance only.
The presence of the steel sinter support may reduce measured permeation rates. For tests carried out as
above, this observation should be included on the test report.
8.2.5 Requirements for RGD
RGD performance for hose linings according to this part of ISO 23936 should follow the procedures of 6.2.3.2
in ISO 13628-10:2005 or API 17K, but using gas compositions taken from Tables A.2 to A.4 of this part of
ISO 23936.
Because diffusion rate is proportionate to the square of distance migrated, soak times for hose linings should
be increased from those used for testing small seals by a factor, K, which relates distances to be migrated in
seals and hoses raised to the power of 2. This factor to calculate the soaking time is as shown in Equation (6):
K = (h/r) (6)
where
h is the hose lining thickness with fluid entering the lining from one exposed surface only;
r is the radius of the seal cross-section for the test arrangement described in Annex B.
The starting point is a seal cross-section radius of 2,66 mm with a minimum soaking time of 68 h.
12 © ISO 2011 – All rights reserved
The specimen for RGD testing of hose lining should include some fabrication to allow assessment of the
elastomer’s RGD resistance when supported as in service. Single textile fabric layers should sandwich the
elastomer lining layer. The specimen should be moulded to the required thickness and cured in a plunger
1)
mould. Moulding pressure should be 0,7 MPa to be similar to that met in hose manufacture or as agreed
between interested parties. Lining thickness including fabrics should be 3 mm to 4 mm and specimen
diameter 30 mm, or as similarly agreed. Fabrics should be rubberized and of the type used in the manufacture
of hoses for this service.
Figure 1 shows the specimen and portholes for high pressure gas to enter it through one face only. More
portholes above the specimen allow permeated gas to arrive in a vented chamber (a vertical line showing the
vent). Figure 2 shows the test arrangement with a stack of seal jigs located in a suitable pressure chamber (to
accommodate test pressure plus a safety factor), and the vented gas led outside it.
Key
1 fabric layers
2 elastomer
3 high pressure gas
Figure 1 — RGD test jig holding fabricated specimen; HP gas applied unidirectionally
1) 1 bar = 0,1 MPa.
Key
1 gas in
2 PC controlled blowdown
3 pressure transducer
4 thermocouple
5 permeated gas vent
Figure 2 — Hose lining jigs stacked in a pressure chamber during testing
The temperature, pressure, number of test cycles, decompression rate and acceptance criteria of
ISO 13628-10 and API 17K shall apply.
Test fluids should be selected from Tables A.2 to A.5 in this part of ISO 23936; those from Table A.3 and
Table A.5 (sour conditions) should only be used if gas emitted during decompression can be handled safely.
8.2.6 Requirements for ageing tests
In ISO 13628-10 and API 17K, the test liquid used for exposure tests is chosen by the component purchaser;
to comply with this part of ISO 23936, liquids given in Tables A.1, A.4 and A.5 should be used. Ageing as a
materials test procedure should use the same approach as that taken in this part of ISO 23936 for seal
elastomers (Clause 7), with the acceptance criteria also being the same.
8.3 Qualification of bonded flexible hose – Layers outside the liner
The cover material should possess good mechanical properties, including tear strength/impact resistance, to
resist mishandling issues, etc.; low sea-water uptake should be demonstrated if the cover is subject to
seawater immersion. Layers between liner and cover should be manufactured from elastomer types
intermediate in char
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 23936-2
Première édition
2011-12-15
Industries du pétrole, de la pétrochimie et
du gaz naturel — Matériaux non
métalliques en contact avec les fluides
relatifs à la production de pétrole et de
gaz —
Partie 2:
Élastomères
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic
materials in contact with media related to oil and gas production —
Part 2: Elastomers
Numéro de référence
©
ISO 2011
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© ISO 2011
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quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
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Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2013
Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et abréviations . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Abréviations . 4
4 Exigences techniques . 5
5 Exigences relatives à la documentation . 5
6 Exigences relatives aux fabricants . 7
6.1 Exigences générales . 7
6.2 Validation de la conformité . 8
7 Qualification des matériaux élastomères (vieillissement et RGD) . 8
7.1 Généralités . 8
7.2 Exigences relatives aux essais de vieillissement . 8
7.3 Exigences relatives aux essais de décompression rapide du gaz . 10
8 Qualification des matériaux élastomères dans les flexibles composites . 10
8.1 Généralités . 10
8.2 Qualification du matériau de chemisage des flexibles composites . 11
8.3 Qualification des flexibles composites – Couches externes au chemisage . 16
9 Qualification des matériaux élastomères dans d'autres grands composants . 16
9.1 Généralités . 16
9.2 Qualification des matériaux élastomères dans les joints flexibles . 16
9.3 Qualification des matériaux élastomères dans les blocs d'obturation de puits . 17
9.4 Qualification des matériaux élastomères pour les garnitures d'étanchéité. 17
Annexe A (normative) Milieux, conditions, équipements et modes opératoires des essais de
vieillissement des matériaux élastomères . 19
Annexe B (normative) Milieux, conditions, équipements et modes opératoires des essais de
décompression rapide du gaz des matériaux élastomères . 29
Annexe C (informative) Matériaux élastomères les plus courants . 44
Annexe D (normative) Procédure d'estimation de la durée de vie en service d'un matériau en
utilisant la relation d'Arrhenius . 46
Annexe E (informative) Vieillissement physique et chimique . 52
Annexe F (informative) Décompression rapide du gaz (RGD) . 67
Bibliographie . 71
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 23936-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel.
L'ISO 23936 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Industries du pétrole, de la
pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production
de pétrole et de gaz:
Partie 1: Matières thermoplastiques
Partie 2: Élastomères
Les parties suivantes sont prévues:
Partie 3: Plastiques thermodurcissables
Partie 4: Composites renforcés par des fibres
Partie 5: Autres matériaux non métalliques
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés
Introduction
De nombreux acteurs de l'industrie allant des opérateurs et fournisseurs jusqu'aux ingénieurs et aux autorités
doivent tirer profit de l'ISO 23936. L'ISO 23936 couvre les types génériques appropriés de matériaux non
métalliques (matières thermoplastiques, élastomères, plastiques thermodurcissables, plastiques renforcés par
des fibres et autres matériaux) et utilise un large éventail d'expériences techniques existantes qui n'ont
jusqu'à présent jamais été récapitulées dans une norme technique.
L'ISO 23936 ne traite pas des revêtements polymères, tels que l'isolation thermique et la peinture, qui sont
appliqués à l'extérieur des composants, mais n'entrent pas en contact avec les fluides des champs
pétrolifères.
Le processus d'évaluation et de qualification décrit dans la présente partie de l'ISO 23936 vise à garantir que
l'utilisateur de matériaux non métalliques disposera d'informations et de connaissances suffisantes sur les
matériaux applicables pour obtenir des performances acceptables dans l'environnement spécifié et que
l'utilisateur pourra s'appuyer sur une qualité de matériau stable pour satisfaire aux spécifications indiquées.
Un système qualité est utile pour assurer la conformité aux exigences de la présente partie de l'ISO 23936.
Une qualification réussie d'un fabricant et d'un matériau spécifique est destinée à être valable pour d'autres
projets impliquant des opérateurs différents. Il incombe à l'acheteur de décider et de déterminer si la
qualification d'un fabricant doit être prise en compte, en prenant normalement pour base la documentation
transmise par le fabricant et conforme aux exigences de la présente partie de l'ISO 23936, ou toute
documentation complémentaire spécifique.
L'acheteur est tenu de s'assurer de la qualification des fabricants sélectionnés (si nécessaire, en recourant
aux services d'un prestataire externe).
La présente partie de l'ISO 23936 est basée sur la norme NORSOK M-710.
NORME INTERNATIONALE ISO 23936-2:2011(F)
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel —
Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à
la production de pétrole et de gaz —
Partie 2:
Élastomères
1 Domaine d'application
L'ISO 23936 décrit des principes généraux et spécifie des exigences et des recommandations concernant la
sélection et la qualification des matériaux non métalliques pour des équipements utilisés en production de
pétrole et de gaz, lorsque la rupture d'un tel équipement pourrait présenter un risque pour la santé et la
sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Elle peut également contribuer à éviter des
défaillances des équipements eux-mêmes. Elle complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences
concernant les matériaux dans les codes de conception, normes ou réglementations appropriés.
La présente partie de l'ISO 23936 décrit les exigences et les modes opératoires de qualification des matériaux
élastomères utilisés dans les équipements de production de pétrole et de gaz.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 34-1:2010, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la résistance au
déchirement — Partie 1: Éprouvettes pantalon, angulaire et croissant
ISO 37, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination des caractéristiques de contrainte-
déformation en traction
ISO 48, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la dureté (dureté comprise entre
10 DIDC et 100 DIDC)
ISO 815-1, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la déformation rémanente après
compression — Partie 1: À températures ambiantes ou élevées
ISO 2781, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la masse volumique
ISO 2921, Caoutchouc vulcanisé — Détermination du retrait à basse température (essai TR)
ISO 3601-3:2005, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Joints toriques — Partie 3: Critères de
qualité
ISO 7619-1, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la dureté par pénétration —
Partie 1: Méthode au duromètre (dureté Shore)
ISO 13628-10:2005, Industries du pétrole et du gaz naturel — Conception et exploitation des systèmes de
production immergés — Partie 10: Spécification pour canalisations flexibles composites
ASTM D297, Standard Test Methods for Rubber Products — Chemical Analysis.
ASTM D395, Standard Test Methods for Rubber Property — Compression Set.
ASTM D412, Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension.
ASTM D624, Standard Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic
Elastomers.
ASTM D1414, Standard Test Methods for Rubber O-Rings.
ASTM D1415, Standard Test Method for Rubber Property — International Hardness.
ASTM D2240, Standard Test Method for Rubber Property — Durometer Hardness.
API 17K, Specification for Bonded Flexible Pipe.
3 Termes, définitions et abréviations
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et abréviations suivants s'appliquent.
3.1 Termes et définitions
3.1.1
essai accéléré
essai réalisé dans des conditions conçues pour accélérer la détérioration du matériau
NOTE Ceci est généralement accompli en augmentant la température afin d'accélérer les réactions chimiques, la
concentration et les contraintes exercées sur le fluide étant des variables qu'il est également possible de manipuler.
3.1.2
exploitant
personne assurant l'exploitation d'un site, connaissant les paramètres de forage et communiquant ces
informations à l'utilisateur (3.1.15)
NOTE 1 Un site peut être un puits, une ligne de production, une unité, etc.
NOTE 2 Les paramètres de forage peuvent être l'exposition aux fluides, les températures, les pressions, la durée, etc.
3.1.3
déformation rémanente après compression
différence entre la hauteur initiale de l'échantillon et la hauteur après l'essai, divisée par l'interférence,
exprimée en pourcentage
3.1.4
élastomère
caoutchouc
matériau amorphe mécaniquement mélangé à d'autres composants pour former une composition de
caoutchouc qui est ensuite mise en forme par écoulement dans des articles au moyen de procédés de
fabrication par moulage ou extrusion, puis (invariablement) durcie chimiquement à température élevée pour
former un matériau élastique insoluble
3.1.5
fluide
milieu de type gaz, liquide, gaz supercritique ou mélange de ceux-ci
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3.1.6
interférence
différence entre la hauteur initiale de l'échantillon et la hauteur de l'entretoise d'écartement, chaque hauteur
étant mesurée dans la direction de compression
3.1.7
fabricant de composés
fabricant
producteur du matériau élastomère ou de produits semi-finis fabriqués à partir de matériaux élastomères
3.1.8
module
contrainte de traction à un allongement donné
NOTE Dans l'industrie du caoutchouc, le module à un allongement de 50 % est souvent choisi.
3.1.9
polymère
molécule, naturelle ou synthétique, de masse moléculaire élevée dont la structure chimique peut être
représentée par de petites unités répétitives qui forment collectivement des chaînes moléculaires
NOTE Cette classe de matériau comporte trois sous-groupes principaux: les élastomères, les matières
thermoplastiques et les plastiques thermodurcissables.
3.1.10
décompression rapide des gaz
RGD
dépressurisation
décompression explosive
chute de pression rapide dans un système contenant du gaz sous haute pression, qui rompt l'équilibre entre
la pression de gaz externe et la concentration du gaz dissous à l'intérieur d'un polymère, avec pour
conséquence que le gaz en excès cherche des points de sortie dans tout le matériau en entraînant une
dilatation
NOTE Si le matériau est suffisamment grand et si la chute de pression est plus rapide que la vitesse de diffusion
naturelle du gaz, un cloquage ou une rupture peut se produire.
3.1.11
température ambiante
température de (23 2) °C
3.1.12
section transversale du joint
diamètre de section transversale
CSD
hauteur libre d'un joint à température ambiante, mesurée perpendiculairement au diamètre du joint dans la
direction de compression de l'essai
NOTE Le mesurage est effectué en trois positions équidistantes sur la circonférence du joint.
3.1.13
type de joint
modèle de joint ayant une géométrie, une taille et une orientation spécifiées
EXEMPLE Joint torique.
3.1.14
matière thermoplastique
matière pouvant être ramollie plusieurs fois par la chaleur et durcie par le froid en fonction d'une gamme
caractéristique de températures de la matière plastique et, à l'état de ramollissement, pouvant être mise en
forme de façon répétée pour transformation en objets par moulage, extrusion ou formage
3.1.15
utilisateur
personne chargée de sélectionner les matériaux appropriés pour une opération, en se basant sur les
informations reçues de l'exploitant (3.1.2)
3.1.16
acheteur
partie chargée de se procurer le matériau ou composant élastomère
3.2 Abréviations
BOP bloc d'obturation de puits
BRE élastomères résistant aux bases
COC certificat de conformité
CSD diamètre de section transversale
DMA analyse mécanique dynamique
DMTA analyse thermomécanique dynamique
DSC analyse calorimétrique différentielle
GMPHOM Guide de fabrication et d'achat des flexibles pour amarrage en mer
HNBR caoutchouc nitrile butadiène hydrogéné
HP haute pression
GNL gaz naturel liquéfié
NBR caoutchouc nitrile butadiène
OCIMF Oil Companies International Marine Forum (Forum maritime international des compagnies
pétrolières)
PBR récipient à alésage poli
RGD décompression rapide des gaz (dépressurisation rapide des gaz)
SPS spectroscopie du paramètre de solubilité
TMA analyse thermomécanique
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4 Exigences techniques
Les exigences techniques dépendent des propriétés caractéristiques des matériaux et des essais fonctionnels
spécifiques à une application.
La sélection des élastomères doit être basée sur l'évaluation de leur compatibilité avec le milieu auquel ils
sont exposés, de leur fonctionnalité en service et de la durée de vie théorique. La présente partie de
l'ISO 23936 couvre les essais de matériaux et non les essais fonctionnels. Il convient de considérer les
éléments suivants comme étant appropriés en ce qui concerne les exigences relatives aux composants et de
les évaluer lors de la sélection du matériau:
a) les propriétés physiques et mécaniques adéquates (masse volumique, dureté, résistance à la traction,
allongement à la rupture, module d'élasticité, déformation rémanente après compression, résistance au
déchirement, etc.); propriétés normalisées à partir desquelles les spécifications de conception sont
sélectionnées et pour les aspects d'assurance et de maîtrise de la qualité;
b) la résistance aux événements de RGD; une propriété importante dans les applications d'étanchéité au
gaz à haute pression, couverte en détail dans la présente partie de l'ISO 23936;
c) le comportement à long terme; résistance aux changements chimiques/physiques du matériau; une
caractéristique importante en ce qui concerne l'étanchéité générale dans le secteur du pétrole et du gaz,
couverte dans la présente partie de l'ISO 23936;
d) la flexibilité à basse température; une propriété très importante pour les applications d'étanchéité à basse
température;
e) la perméation du gaz à haute pression pour les grands composants exposés à un fluide de production
gazeux; une propriété très importante pour l'éventuelle montée en pression du gaz dans la structure des
composants (pour les flexibles par exemple);
f) la résistance à une extrusion à haute pression ou à un fluage (essais fonctionnels non couverts par la
présente partie de l'ISO 23936);
g) la résistance à un cycle thermique et un mouvement dynamique (essais fonctionnels non couverts par la
présente partie de l'ISO 23936).
L'Article 2 indique les références des normes pertinentes pour les matériaux élastomères. Les normes
décrivent la méthodologie des essais à réaliser sur des matériaux particuliers. Les conditions et durées des
essais doivent être conformes à celles décrites dans la présente partie de l'ISO 23936 et doivent être
prioritaires lorsque cette dernière s'écarte des normes de référence.
Les objectifs des essais (de vieillissement) à long terme sont décrits dans l'Article 7 et les modes opératoires
détaillés en Annexe A. Les objectifs et les modes opératoires des essais RGD pour les joints toriques
élastomères sont décrits dans l'Article 7 et l'Annexe B.
L'exploitant est tenu de produire toutes les informations nécessaires sur les conditions de service et
l'environnement.
Les informations relatives aux caractéristiques des élastomères sont fournies dans l'Annexe C.
5 Exigences relatives à la documentation
NOTE La documentation requise sur les propriétés des matières thermoplastiques est décrite dans l'ISO 23936-1.
Le Tableau 1 indique la documentation requise sur les propriétés des matériaux. Il précise également les
exigences relatives à la documentation sur les propriétés et la maîtrise de la qualité. Il doit être possible
d'effectuer un suivi de chaque matériau élastomère jusqu'au fabricant des composés et sa documentation sur
la maîtrise de la qualité telle que prescrite dans le Tableau 1. Chaque lot de matériau doit être au moins
accompagné d'un certificat de conformité (COC) et d'informations de traçabilité.
Le Tableau 1 définit également la quantité de production minimale et les essais de contrôle de la qualité
requis lors de la fabrication des matériaux élastomères. Les modes opératoires finaux, en ce qui concerne les
principaux paramètres et tolérances, doivent être définis à partir des résultats des essais réalisés
conformément à la présente partie de l'ISO 23936.
L'utilisateur doit définir dans la spécification d'achat les exigences nécessaires ainsi que les tolérances.
Les lignes directrices pour la sélection des normes sont indiquées entre parenthèses. Les caractéristiques
non pertinentes au regard des conditions de service attendues et/ou du type de matériau, peuvent être
omises.
Tableau 1 — Documentation requise pour les propriétés des matériaux élastomères
Essais de contrôle
Propriétés Documentation
de la qualité
a c
Masse volumique (ISO 2781 ou ASTM D297)
D B
Dureté (DIDC/Shore A) (ISO 48/ISO 7619-1,
D B
ASTM D2240/ASTM D1415)
Propriétés de traction et d'allongement (ISO 37, ASTM D1414, D B
ASTM D412)
Déformation rémanente après compression (ISO 815-1, D
ASTM D395/ASTM D1414)
Caractéristiques à basse température par DSC, DMA ou TMA D
Résistance au déchirement (ISO 34-1:2010, Méthode A, D
ASTM D624)
Température de retrait (ISO 2921) D
Caractéristiques de vieillissement/RGD (Annexes A/B) D
b
Perméation du gaz à haute pression
DH
a
D: Documentation sur les propriétés à produire pour chaque fournisseur et chaque type de matériau. Les valeurs
nominales doivent être indiquées avec les tolérances (fiche technique).
b
DH: Idem que D, mais spécifiquement en utilisant tous les grands composants exposés à un gaz à haute pression.
c
B: Documentation sur les propriétés à produire pour chaque lot, avec au moins 5 échantillons par essai et par lot et tous
les résultats présentés. Les critères d'acceptation doivent être établis avant l'essai et basés sur les résultats de l'essai de
qualification.
Les essais des propriétés des matériaux peuvent également être omis lorsque les utilisateurs disposent
d'essais fonctionnels documentés basés sur les performances qu'ils utilisent pour approuver les matériaux à
base de caoutchouc.
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6 Exigences relatives aux fabricants
6.1 Exigences générales
Le fabricant est tenu de produire des documents attestant que le matériau a été fabriqué et soumis à essai de
manière appropriée et qu'il a satisfait aux exigences pertinentes de maîtrise de la qualité spécifiées dans la
présente partie de l'ISO 23936.
Les essais doivent être réalisés sur des éprouvettes produites à partir de formulations de caoutchouc
spécifiques et, si possible, suivant des modes opératoires de production. Il convient d'inclure dans le COC au
moins les informations suivantes: masse volumique, dureté du lot, propriétés de traction (modules, résistance,
allongement à la rupture), date de fabrication et procédé de traitement de l'échantillon (lorsque référencé). Il
est également recommandé de faire signer le COC par un représentant du service qualité. Pour des
composants en caoutchouc de grande taille, des essais sur de petits composants doivent convenir pour
établir les propriétés des grands composants, sauf accord contraire entre les parties intéressées.
La présente partie de l'ISO 23936 spécifie les types d'essais qui doivent être exécutés pour documenter
l'adéquation et la compatibilité du matériau avec les fluides d'essai spécifiés dans la présente partie de
l'ISO 23936 et qui sont applicables à l'application prévue.
Les essais doivent s'appliquer aux matériaux élastomères et les résultats doivent être valables tant que les
exigences mentionnées en 6.2 sont satisfaites. Pour les fournitures ultérieures de matériaux identiques
provenant du même fabricant, un contrôle de la qualité de chaque lot de matériau doit être suffisant. Le
Tableau 2 récapitule les modèles de documents d'assurance et de contrôle de la qualité caractéristiques
contenant des données fictives.
Tableau 2 — Informations caractéristiques d'assurance et de contrôle de la qualité
Matériau
Fabricant Acme Seals, Inc
Qualité du composé FabFluoro
Type d'élastomère ASTM D1418-05 FKM Type 3
N° de lot/sous-lot FF2344rw4r/07
Date de traitement Q4 2010
Propriétés caractéristiques Norme applicable Unité Valeur
Masse volumique ISO 2781 g/cm 1,8
Dureté ISO 48 DIDC 85
Résistance à la traction ISO 37 MPa 21
Module à 50 % d'allongement ISO 37 MPa 10,1
Module à 100 % d'allongement ISO 37 MPa 18,5
Allongement à la rupture ISO 37 % 125
Il peut ne pas être nécessaire d'exécuter des essais de qualification pour un matériau particulier si une
documentation complète relative à une expérience sur site satisfaisante et pertinente est mise à la disposition
de toutes les parties concernées, ainsi que des enregistrements de production traçables et une
documentation sur la maîtrise de la qualité. Ceci doit faire l'objet d'un accord entre les parties intéressées.
Une telle documentation doit contenir des informations détaillées sur les conditions sur site telles que le
temps, la température, la pression, la composition du fluide et les produits chimiques ajoutés. Un exploitant
peut, par exemple, fournir de la documentation sur un fonctionnement sans défaut. La température de service
existante enregistrée dans cette documentation doit se situer dans la même plage que pour la nouvelle
application (au maximum 10 °C au-dessous), la pression de service existante ne doit pas être inférieure de
plus de 10 % à celle de la nouvelle application, et la durée de vie actuelle doit représenter au moins 50 % de
la durée de vie théorique.
Le fabricant qui a soumis à essai et qualifié son (des) composé(s) peut faire une déclaration pour le faire
savoir. Une telle déclaration doit stipuler les parties de l'ISO 23936 auxquelles la conformité est revendiquée.
De plus, la déclaration doit spécifier si les essais ont été réalisés conformément à l'Annexe A et/ou l'Annexe B
et définir la composition du fluide, les conditions et la durée totale des essais.
6.2 Validation de la conformité
Les propriétés des élastomères doivent s'appliquer à chaque composé élastomère spécifique produit par
chaque fabricant spécifique. Les données existantes relatives aux élastomères utilisées par un acheteur
peuvent également être acceptées par des acheteurs ultérieurs, sous réserve que les exigences de la
présente partie de l'ISO 23936 restent satisfaites.
Un composé doit être soumis à de nouveaux essais en cas de changement apporté au composé ou au
procédé de fabrication. Si un composé est mélangé et/ou moulé sur différents sites ou dans différentes
usines, une qualification distincte doit être réalisée pour chaque site ou usine.
NOTE Tous les matériaux précédemment approuvés conformément à la norme NORSOK M-710 sont approuvés
conformément à la présente partie de l'ISO 23936.
7 Qualification des matériaux élastomères (vieillissement et RGD)
7.1 Généralités
Les impératifs techniques pour les essais des matériaux élastomères sont scindés en deux parties:
7.2 définit les exigences relatives aux essais de vieillissement chimique (voir l'Annexe A);
7.3 définit les exigences relatives aux essais RGD (voir l'Annexe B).
Les régimes d'essais doivent être choisis sur la base d'une analyse des conditions de service appliquées au
matériau considéré, sous réserve que celles-ci soient connues. Une telle évaluation doit inclure la nature et le
type de tous les fluides en contact avec l'élastomère. La durée de vie du matériau de joint dans
l'environnement de service concerné doit être évaluée en utilisant des techniques appropriées.
7.2 Exigences relatives aux essais de vieillissement
7.2.1 Généralités
La présente partie de l'ISO 23936 définit les modes opératoires d'essais destinés à prédire la dégradation
progressive des matériaux élastomères exposés à des fluides, à des températures élevées, sur des périodes
prolongées. Elle est applicable lorsqu'il est nécessaire de prévoir la durée de vie d'un matériau dans une
application spécifique et pour comparer directement les performances de matériaux élastomères candidats.
D'autres normes, telles que l'API TR6J1, fournissent également des méthodes pour évaluer la durée de vie
des matériaux élastomères.
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L'objectif est d'évaluer les effets physiques du fluide sur l'élastomère et d'accélérer thermiquement la réaction
chimique (si elle se produit) entre le fluide et l'élastomère, en entraînant systématiquement une dérive de la
traction et des niveaux de propriétés associés vers une limite d'acceptabilité prédéfinie. Le matériau est
considéré «défaillant» (c'est-à-dire qu'il a atteint sa fin de vie utile) lorsque sa limite est atteinte. Ces données
servent ensuite à quantifier la durée de vie en service et l'adéquation au service prévu.
En réalisant des essais d'exposition à des fluides d'essai à trois différentes températures élevées supérieures
à la température de service, on obtiendra trois durées différentes pour atteindre la limite d'acceptation, la
température d'essai la plus élevée produisant la «durée de fonctionnement avant défaillance» la plus courte. Il
convient de tracer ensuite le log des temps de défaillance par rapport à la réciproque de la température
d'essai pour obtenir une tendance linéaire permettant d'estimer la durée de vie en service à la température de
service.
Pour les essais accélérés, il convient de limiter la température d'essai supérieure afin d'avoir l'assurance que
seuls des processus chimiques et/ou physiques liés au fonctionnement se produiront.
La géométrie préférée pour l'éprouvette d'essai est l'haltère de traction et différentes normes s'appliquent (voir
Tableau 1). Le vieillissement de la feuille moulée, pour l'estampage ultérieur des éprouvettes de traction, n'est
pas admis. L'élastomère doit être soumis à essai en mode non contraint, c'est-à-dire qu'il doit être libre, le
fluide pouvant accéder librement à toutes les surfaces.
Lors de l'extrapolation des données provenant des présents modes opératoires, des techniques statistiques
appropriées doivent être appliquées. Par exemple, si une dégradation progressive dépend apparemment d'un
seul processus de vieillissement chimique, une méthode basée sur la relation d'Arrhenius doit être utilisée
comme décrit dans l'Annexe D. Il est recommandé de toujours commencer par évaluer les résultats à partir de
la relation d'Arrhenius. En l'absence de relation d'Arrhenius ou de vieillissement, voir l'Annexe E pour des
lignes directrices supplémentaires.
Les exigences relatives aux milieux d'essai, aux conditions, aux équipements, aux modes opératoires et au
rapport d'essai sont détaillées dans l'Annexe A.
7.2.2 Critères d'acceptation pour les élastomères
Les critères d'acceptation doivent être établis avant de commencer l'essai de vieillissement. Les critères
suivants ont été établis en tant que plages maximales acceptables pour trois propriétés particulières;
l'utilisateur doit donner son accord pour tout écart par rapport à ces exigences. Si les circonstances l'exigent,
la plage d'acceptation de l'une de ces exigences peut être resserrée.
Dureté: 10/20 unités (5/20 unités lorsque la dureté nominale initiale est de 90); s'applique aux
échelles Shore A et DIDC.
Volume: 25 % /5 %.
Traction: 50 % [module (à 50 % ou 100 % d'allongement), résistance à la traction, allongement à la
rupture].
Les résultats des essais de traction doivent servir à extrapoler la durée de vie en service d'après l'équation
d'Arrhenius (voir les Annexes A et E). D'autres propriétés peuvent être utilisées par accord entre toutes les
parties.
7.3 Exigences relatives aux essais de décompression rapide du gaz
7.3.1 Généralités
La présente partie de l'ISO 23936 indique les modes opératoires des essais destinés à mesurer l'effet de la
dépressurisation rapide sur les joints toriques élastomères, après des périodes à une température et une
pression élevées dans des environnements gazeux. Des notes indicatives sont également fournies pour
l'interprétation des résultats. Le fournisseur doit discuter avec l'utilisateur des applications pour lesquelles ce
mode de défaillance est approprié.
L'Annexe B décrit les fluides d'essai, les conditions, le mode opératoire, l'équipement, la procédure
d'inspection et les exigences relatives au rapport d'essai.
7.3.2 Critère d'acceptation
Aucune section transversale du joint ne doit avoir une note supérieure à 3 (voir B.4).
8 Qualification des matériaux élastomères dans les flexibles composites
8.1 Généralités
Les flexibles composites constituent la classe générale de flexibles construits à partir de couches
d'élastomère et de fils, de treillis métallique ou de tissu de renfort qui sont assemblées par vulcanisation au
cours de la fabrication. La section du flexible comprise entre les diamètres interne et externe est
généralement constituée des éléments suivants:
le chemisage: couche interne en élastomère assurant la résistance aux fluides transportés;
les couches structurantes: couches de renfort incluant généralement du tissu ou des cordons parallèles
imprégnés d'élastomère, des cordons d'acier parallèles imprégnés d'élastomère et un fil hélicoïdal noyé.
Des couches d'élastomère de remplissage peuvent également être présentes;
la couche de recouvrement: couche externe assurant la résistance à l'environnement extérieur;
la couche d'isolation ou de flottaison: couche externe supplémentaire des flexibles nécessitant une
caractéristique d'isolation ou de flottaison.
La structure du flexible est intégrée dans des raccords d'extrémité adaptés à la conception spécifique,
généralement en collant l'élastomère sur le raccord métallique à l'aide d'un système adhésif durcissable
approprié lors de la vulcanisation du flexible.
L'utilisation des flexibles composites peut généralement être classée en deux groupes:
a) les applications à basse pression qui sont généralement utilisées pour le chargement et le déchargement
de liquide et de GNL dans les situations d'amarrage en mer;
b) les applications à haute pression utilisées pour la production de pétrole et de gaz.
Pour a), des lignes directrices sont fournies dans GMPHOM/OCIMF [Guide de fabrication et d'achat des
flexibles pour amarrages en mer (Oil Companies International Marine Forum)], y compris les essais de
matériaux de chemisage et de recouvrement, pour l'acceptation des matériaux et l'approbation des prototypes
de flexibles.
Pour b), l'ISO 13628-10 spécifie des exigences relatives aux propriétés des matériaux, ainsi que des modes
opératoires d'essais pour la qualification du chemisage, de l'écran anti-érosion et des couches de renfort en
termes de propriétés mécaniques/physiques, de propriétés thermiques, de caractéristiques de perméation et
de propriétés de compatibilité/vieillissement couvrant toutes les pressions.
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Dans le contexte de la présente partie de l'ISO 23936, la considération principale porte sur la qualification du
matériau de chemisage qui est en contact avec les fluides transportés. Pour le long terme, il convient
également de tenir compte des effets de la perméation des fluides à travers le chemisage jusqu'aux autres
couches d'élastomère, ainsi que des effets du vieillissement sur les propriétés mécaniques/physiques. Etant
donné la construction multicouche des flexibles composites, il convient de tenir compte non seulement des
propriétés des couches d'élastomère individuelles, mais aussi de l'adhérence entre les couches, y compris
l'assemblage avec les raccords d'extrémité.
8.2 Qualification du matériau de chemisage des flexibles composites
8.2.1 Généralités
Il convient que la qualification soit effectuée conformément aux paragraphes ci-dessous qui sont basés sur les
lignes directrices existantes mentionnées en 8.1.
8.2.2 Guide de fabrication et d'achat des flexibles pour amarrage en mer (GMPHOM)
Il convient d'appliquer ou d'adapter le mode opératoire du document GMPHOM/OCIMF de manière
appropriée par rapport aux modes opératoires d'essais des matériaux. Ce document contient deux articles sur
les essais de matériaux: le premier portant sur les essais d'acceptation et le second sur l'approbation des
prototypes de flexibles; il convient que le fournisseur et l'acheteur s'accordent sur le type d'essai le plus
adapté et que celui-ci soit utilisé. Les points particuliers sont:
a) Dans les deux articles portant sur les essais de matériaux, pour ce qui concerne la résistance aux
liquides, le document GMPHOM/OCIMF spécifie l'utilisation de l'ISO 1817 en utilisant les conditions de
48 h à 40 C dans le liquide d'essai pour l'essai de gonflement de volume avec une exigence de
gonflement non supérieur à 60 %.
NOTE Le document GMPHOM/OCIMF spécifie l'utilisation du liquide C (ASTM) qui peut encore être conforme à la
présente partie de l'ISO 23936 si le liquide C est indiqué comme étant le liquide retenu et convenu entre les
participants (voir Annexe A).
La présente partie de l'ISO 23936 autorise l'utilisation du même mode opératoire avec un liquide
normalisé choisi de manière à être raisonnablement représentatif de la composition du fluide de service à
transporter ou contenu, conformément à l'Annexe A. Des critères d'acceptation spécifiques seront requis
si d'autres exigences à basse température et/ou produits et/ou fluides de service sont pertinents.
b) Pour la résistance à la température, le document GMPHOM/OCIMF spécifie: « aucune détérioration
significative » à - 20 °C en utilisant l'essai Gehman selon l'ISO 1432.
c) Dans le paragraphe intitulé « Essais d'acceptation », le document GMPHOM/OCIMF spécifie également
des essais d'adhérence entre les couches structurelles collées et l'élastomère du raccord d'extrémité en
utilisant un essai d'adhérence normalisé tel que décrit dans l'ISO 36:2005, qui spécifie une méthode
d'essai pour mesurer la force requise pour séparer deux plis de tissu collé avec du caoutchouc, ou une
couche de caoutchouc et un pli de tissu collés ensemble. Il convient que les surfaces des plis soient
planes ou sensiblement planes, sans irrégularité importante. Il convient que le fournisseur et l'utilisateur
s'accordent sur une force seuil pour l'acceptation, en se basant sur l'expérience.
d) Lorsque la température de service est supérieure à la température ambiante, il convient d'augmenter en
conséquence la température d'essai du matériau. Il convient que les conditions d'essai, la durée de
l'essai et les critères d'acceptation fassent l'objet d'un accord entre le fournisseur et l'acheteur. Il convient
de se référer à l'ISO pour ce qui concerne les températures et les fluides choisis.
8.2.3 ISO 13628-10/API 17K
L'ISO 13628-10 et l'API 17K spécifient des essais sur les propriétés du chemisage et des couches de renfort
(voir les Tableaux 9 et 11 de l'API 17K:2005) et décrivent des modes opératoires d'essais et le critère
d'acceptation pour la perméabilité aux fluides (liquide et gaz), le cloquage, la compatibilité des fluides, le
vieillissement et la formation de vides (cette dernière étant un essai de composant), concernant les
défaillances intercouches. La majorité de l'ISO 13628-10 et de l'API 17K est utile en vue d'une intégration
dans la présente partie de l'ISO 23936, mais certaines variations sont requises.
8.2.4 Exigences relatives à la perméation du gaz
Il convient de réaliser les essais de perméation du gaz à une pression élevée appropriée, sur un échantillon
de matériau de chemisage ou d'une autre couche. Les modes opératoires doivent varier en fonction des
conditions et du type de fluide. Les gaz d'essai doivent être conformes aux Tableaux A.2 et A.3, en utilisant la
catégorie retenue pour les essais de gaz individuels.
Pour les essais de perméation du gaz à haute pression (HP) d'un matériau élastomère, une cellule de
pression d'essai présentant les caractéristiques suivantes est requise.
a) Une chambre pouvant être mise sous haute pression par l'intermédiaire d'une alimentation en gaz. Cette
chambre sera séparée d'une chambre à basse pression par une éprouvette en élastomère étanchéifiée
de manière appropriée. Des installations sont requises pour surveiller en continu les pressions dans les
deux chambres.
b) Des installations de chauffage (radiateur à bande isolée) et une surveillance et un contrôle de
température de la cellule de perméation à 2 °C.
Les durées d'essai sont déterminées par les caractéristiques de diffusion des élastomères candidats
(voir Annexe E). Dans un montage d'essai, les éprouvettes de l'élastomère d'essai de 10 mm de diamètre
sont collées pendant la vulcanisation dans un support adapté. La pression de moulage doit être élevée afin de
réduire au minimum la porosité et la microporosité. Le porte-échantillon est installé et étanchéifié dans la
cellule de perméation HP. Une pièce frittée en acier poreux est insérée de manière appropriée pour supporter
l'éprouvette. La cellule est ensuite portée à la température d'essai, puis laissée jusqu'à l'équilibre thermique
avant d'appliquer le gaz d'essai sous pression à l'éprouvette. Les conditions d'essai minimales suivantes
doivent s'appliquer:
haute pression (P ): pression de calcul du flexible, peut être utilisée si la pression de calcul du tuyau est
inconnue;
température (T): température de service ou trois températures plus élevées pour trois essais accélérés
suivis d'une extrapolation d'Arrhenius des trois points de données résultants pour la température de
service (voir Annexe D).
La hausse
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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